JP2007271766A - 非磁性一成分電子写真用トナー - Google Patents

Abstract

【課題】外添剤の凝集により生ずる白スジ、感光体の劣化、及び帯電ロール汚染を防止した非磁性一成分電子写真用トナーを提供すること。
【解決手段】粒径の異なる３種類の無機物質粒子を外添したトナーであって、前記３種類の無機物質粒子は、平均粒径１〜２０ｎｍの第１の無機物質粒子、平均粒径２０〜５０ｎｍであってかつ第１の無機物質粒子より大きい平均粒径の第２の無機物質粒子、及び平均粒径が５０ｎｍ以上であってかつ第２の無機物質粒子より大きい平均粒径の第３の無機物質粒子であり、これら無機物質粒子は、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置により測定された１次凝集体の粒径が１．２μｍ以下であることを特徴とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、非磁性一成分電子写真用トナーに係り、特に、複数種の無機物質粒子を外添した非磁性一成分電子写真用トナーに関する。

電子写真方式による画像形成は、一般に光導電性材料よりなる感光層を有するドラムに均一な静電荷を与えた後、画像露光を行うことにより、静電潜像を形成し、これを帯電したトナーで現像して可視化し、得られたトナー像を用紙に転写することにより行われる。

現像剤としては、主にキャリアとトナーで構成される二成分現像剤と、キャリアを必要としない一成分現像剤がある。トナーの帯電は、二成分現像剤では、キャリアとトナーとの混合による摩擦で行い、一成分現像剤では、トナー同士の摩擦もしくは、現像ロールに圧接されているドクターブレードとの摩擦により行われる。

現像剤の種類によらず、主にトナーの流動性、帯電性を調整する目的で、トナー粒子の表面に外添剤を添加する方法が広く知られている。

近年のトナーに対する高度な要求に対して、トナーの外添技術もめざましい発展を遂げている。粒径の異なる外添剤（無機微粒子、樹脂微粒子等）を複数種類、さらに各々異なる表面処理を施して各々機能を担持させている。

例えば、流動性を付与する小粒径シリカとトナー同士の接着を防止する大粒径シリカとを外添剤として添加したトナーが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、それぞれ疎水化処理された３種類の粒径の外添剤を添加したトナーも提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、外添剤の添加量が増えると、外添剤が凝集することにより生ずる様々な問題が生ずる。外添剤の凝集とは、外添工程でのトナーへの均一な付着及び外添剤の分散が悪化し、外添剤が凝集し、トナー中に混在してしまうことであり、多くの不具合を発生させる。例えば、外添剤の凝集により画像に白スジが発生してしまう。また、凝集物が感光体を傷つけたり、フィルミングを発生させてしまう。更に、転写後の感光体にクリーニングブレードを接触させ、転写残トナーをクリーニングする場合、外添剤の凝集物はトナー粒子に比べ小さいために、クリーニングされずにブレードを通過してしまい、帯電ロールを汚染させ、感光体への均一な帯電を阻害し、画像欠陥を招いてしまう。また、最適な帯電を付与することができなくなるという問題もある。

このような外添剤の凝集物により生ずる問題は、従来からあったが、外添剤の添加量が増えることでより顕著に現れている。特に、複数の異なる外添剤を同時に添加する場合に顕著である。
特開平６−４７１５７号公報 特開２００４−２５８２６５号公報

本発明は、このような事情の下になされ、外添剤の凝集による生ずる白スジ、感光体の劣化、及び帯電ロール汚染を防止した非磁性一成分電子写真用トナーを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記問題を改善するため、検討を行った結果、粒径の異なる複数種類の外添剤を同時に添加する場合、外添剤の１次凝集体の粒径が、非磁性一成分現像方式に使用されるトナーの外添剤の凝集により生ずる問題に大きな影響を与えることを見出した。一般に、外添剤の粒径は１次粒径が問題とされてきたが、実際の外添剤の挙動は１次粒径粒子としてではなく、１次凝集体として挙動しており、その機能を発揮している。例えば、カタログ値：粒径１００ｎｍのチタニアを乾式粒度分布計で測定すると１μｍである。このチタニアの凝集を解砕しようとしてミキサーにかけても、乾式粒度分布計により測定される粒径は殆ど変わらない。このことからチタニアはトナーに外添担持された後も１次凝集体として機能することが容易に推察できる。

しかし、１次凝集体の粒径については、これまで何ら議論されてこなかった。本発明者らは、この外添剤の１次凝集体の粒径を、所定の値以下にすることにより、上述のトナーの外添剤の凝集により生ずる問題を解消し得ることを見出した。

即ち、本発明は、粒径の異なる３種類の無機物質粒子を外添したトナーであって、前記３種類の無機物質粒子は、平均粒径１〜２０ｎｍの第１の無機物質粒子、平均粒径２０〜５０ｎｍであってかつ第１の無機物質粒子より大きい平均粒径の第２の無機物質粒子、及び平均粒径が５０ｎｍ以上であってかつ第２の無機物質粒子より大きい平均粒径の第３の無機物質粒子であり、これら無機物質粒子は、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置により測定された１次凝集体の粒径が１．２μｍ以下であることを特徴とする非磁性一成分電子写真用トナーを提供する。

かかる本発明の電子写真用トナーにおいて、第１の無機物質粒子と第２の無機物質粒子をシリカとし、第３の無機物質粒子をチタニアとすることができる。

本発明の電子写真用トナーは、５〜７μｍの平均粒径を有することが好ましい。

本発明はまた、上述したトナーであって、トナーを担持搬送するための弾性現像ロールと、この弾性現像ロール上に前記トナーを薄層状に形成するように前記トナーの厚さを規制するためのトナー層規制部材とを備え、前記弾性現像ロールの搬送速度が１００ｍｍ／秒以上である現像装置に用いられる電子写真用トナーを提供する。

本発明によると、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置により測定された１次凝集体の粒径がいずれも１．２μｍ以下である、小粒径外添剤、中粒径外添剤及び大粒径外添剤の３種の外添剤を外添することにより、外添剤の凝集が防止され、外添剤の凝集により生ずるかぶり、白スジ、感光体の劣化、帯電ロール汚染を防止することが可能な電子写真用トナーが提供される。

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の一実施形態に係る電子写真用トナーは、粒径の異なる３種類の無機物質粒子を外添したトナーであって、これら無機物質粒子は、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置により測定された１次凝集体の粒径が１．２μｍ以下であることを特徴とする。

前記３種類の無機物質粒子は、平均粒径１〜２０ｎｍの第１の無機物質粒子、平均粒径２０〜５０ｎｍであってかつ第１の無機物質粒子より大きい平均粒径の第２の無機物質粒子、及び平均粒径が５０ｎｍ以上であってかつ第２の無機物質粒子より大きい平均粒径の第３の無機物質粒子である。

これらの無機物質粒子のうち、第１の無機物質粒子はトナーに流動性を付与して、トナー補給性を改善し、第２の無機物質粒子はトナーのベタ追従性を改善し、第３の無機物質粒子は転写性を向上させる機能を有する。

第１〜第３の無機物質粒子の材質としては、シリカ、チタニア、アルミナ、ジルコニア等を挙げることができるが、シリカ、チタニアが好ましい。

第１〜第３の無機物質粒子は、すべて同一の材質でも、異なる材質であってもよい。しかし、シリカは、大粒径のものが得にくいため、第１の無機物質粒子と第２の無機物質粒子がシリカであり、第３の無機物質粒子がチタニアであることが望ましい。

本発明において、外添剤の１次凝集体の平均粒径を１．２μｍ以下に限定したのは、外添剤は、１次粒子としてではなく凝集体として存在し、挙動するため、１次粒子の粒径だけでなく１次凝集体の粒径が、トナーの特性に大きな影響を与えるからである。１次凝集体とは、凝集体を乾式で粉砕、解砕してもそれ以上には分割できない凝集体をいう。

外添剤の１次凝集体の平均粒径が１．２μｍを超えると、外添剤の凝集によるかぶり、白スジ、感光体の劣化、帯電ロール汚染が生じてしまう。

なお、外添剤の１次凝集体の平均粒径の測定に用いられるレーザ回折／散乱式粒子径分布測定方法とは、粒子に照射したレーザ光の散乱光強度と角度の関係を検出し、Mie散乱理論に基づいて算出する方法をいう。

図１は、以上説明した本発明の電子写真用トナーを用いて画像形成をするための画像形成装置を示す。

図１に示す画像形成装置は、現像装置１と感光体ドラム２とを備えている。現像装置１は、内部にトナーを収容するトナーホッパー３、トナーを現像ロールに供給する供給ロール４、供給ロール４から供給されたトナーを感光体ドラム２に付与し、感光体ドラム２の表面の静電潜像を現像する弾性体からなる現像ロール５、この現像ロール５に摺接して、現像ロール５表面のトナー層の厚さを規制するドクターブレード６を具備している。感光体ドラム２の周囲には、感光体ドラム２の表面を一様に帯電する帯電ロール７、帯電した感光体ドラム２の表面に原稿像を露光して、静電潜像を形成するＬＥＤ８が配置されている。

感光体ドラム２の下部には、転写ベルト９が感光体ドラム２の回転とともに走行しており、転写シート１０により感光体ドラム２と接触して、現像されたトナー像は、用紙１１に転写される。

なお、転写後も感光体ドラム２の表面に残留する、転写されなかったトナーは、クリーニングブレード１２により除去される。

以上のように構成される画像形成装置に上述した本発明のトナーを実装し、弾性現像ロールの搬送速度を１００ｍｍ／秒以上の高速にして動作させても、外添剤の凝集による生ずる白スジ、感光体の劣化、及び帯電ロール汚染が発生することはない。

実施例
ポリエステル樹脂とマゼンタ顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド５７：１）を樹脂：顔料が７：３の重量比になるように加圧ニーダーに仕込み混練し、得られた混練物をフェザーミル（２ｍｍパス）で粉砕し、顔料マスターバッチを得た。次いで、結着樹脂としてポリエステル樹脂（軟化点１４７℃、ガラス転移点７５℃）８３重量部、着色剤として、マゼンタ顔料マスターバッチ１０重量部、離型剤として、「カルナバワックス１号粉末」（加藤洋行輸入品）６重量部、帯電制御剤として、「ＬＲ−１４７」（日本カーリット社製：有機ホウ素化合物）１重量部を、合計で５０ｋｇになるよう計量し、１５０Ｌのヘンシェルミキサーに投入し、１０００ｒｐｍで３分間混合した。混合物をテーブルフィーダーで、連続式２本ロール型混練機へ供給し、混練物を得た。原料供給量は２５ｋｇ／ｈで行った。

得られた混練物を冷却ベルトにて冷却した後、ロートプレックス（ホソカワミクロン社製、２ｍｍ径スクリーン）で粗粉砕し、粗粉砕物を衝突式粉砕機・風力分級機にて、トナー平均粒径が６．０μｍになるように粉砕分級を行い、着色微粒子を得た。

以上のようにして得た着色微粒子に、下記表に示す種類・割合で外添剤を添加混合し、１２種のトナー試料を得た。

顔料マスターバッチ及び、結着樹脂として使用したポリエステル樹脂は、アルコール単量体として、ポリオキシエチレン化ビスフェノールＡとポリオキシプロピレン化ビスフェノールＡを用い、カルボン酸単量体としてテレフタル酸、ドデセニルコハク酸を主成分として用いたものを使用した。

混練機の条件、各特性値の測定方法、混合条件を以下に示す。

１．混練機の条件
連続式２本ロール型混練機は、ロール径０．１６ｍ、有効ロール長さ０．７ｍのものを使用し、下記表１に示す条件とした。

２．軟化点の測定
試料１ｇについて、装置としてフローテスター（島津製作所製、ＣＦＴ−５００Ｄ）を用いて、１／２法により試料の半分が流出した温度を軟化点とした。測定条件は、下記の通りである。

昇温速度：６℃／分
荷重：２０ｋｇ
ノズル：直径１ｍｍ、長さ１ｍｍ
３．ガラス転移点（Ｔｇ）の測定
装置として示差走査熱量計（島津製作所社製：ＤＳＣ−６０）を用い、試料８ｍｇを１０℃／分で１６０℃まで昇温し、降温速度１０℃／分で３５℃まで冷却した後、再度１０℃／分で１６０℃まで昇温し、２回目の昇温時において、転移により得られる曲線部分の２つの接線の交点をガラス転移点とした。

４．トナー粒径の測定
ビーカーにトナー少量と精製水、界面活性剤を入れ、超音波洗浄器にて分散したものを試料として用い、マルチサイザーII（コールター社製）により測定した。アパーチャーは１００μｍで行い、カウントは５０，０００個で行い、体積平均粒径を得た。

５．外添剤１次凝集粒径の測定
レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置としてＬＡ−９５０（商品名：（株）堀場製作所製）乾式ユニットを使用し、０．３ＭＰａの圧縮空気にて分散を行い、外添剤の屈折率を２．５として、体積平均粒径を測定した。測定試料は、水３０〜５０ｍｌに各外添剤をスパチュラで１〜２杯程度採って加え、超音波洗浄機にて１分程度分散させ、その約１ｇを採取して試料とした。

６．外添剤混合条件
容積２０Ｌのヘンシェルミキサーに着色微粒子を３．０ｋｇ投入した。着色剤微粒子１００重量部に対し、下記表に示す条件で外添剤を添加し、混合した。撹拌羽としては強撹拌羽を装着し、風速４０ｍ／ｓｅｃで回転させた。

以下に、特性試験の方法と評価基準について説明する。

試験１−流動性
装置としてホソカワミクロン社製パウダーテスターを用い、セットする篩としては、上から目開き２５０，１５０，７５μｍのものを使用した。トナー２ｇを秤量し、３段積み重ねた一番上の篩上に静かに載置し、振幅１ｍｍで１５秒間振動させた後、以下のように凝集度を求めた。

目開き２５０μｍの篩に残ったトナーの重量％＝Ｗ１
目開き１５０μｍの篩に残ったトナーの重量％×０．６＝Ｗ２
目開き７５μｍの篩に残ったトナーの重量％×０．２＝Ｗ３
凝集度（％）＝Ｗ＋Ｗ２＋Ｗ３
流動性＝１００−凝集度（％）
流動性の評価基準
流動性８０以上：◎
流動性７０以上８０未満：○
流動性７０未満：×
試験２−外添剤凝集による白スジ
非磁性一成分現像装置「カシオページプレストＮ−５」（カシオ計算機社製：カラープリンタ毎分２９枚（Ａ４横）機、プロセススピード１２９ｍｍ／ｓｅｃ）にトナーを実装し、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、５％印字画像を１６，０００枚連続印字した。途中、２，０００枚おきにベタ画像、ハーフトーン画像を印字し、ブレード融着による白スジの発生枚数により下記の基準で評価した。

◎：１６，０００枚まで発生しない
○：１４，０００枚以降に発生（実用上問題ないレベル）
×：１４，０００枚未満で発生
試験３−感光体劣化
試験１で使用した装置を用い、通常環境（２５℃、５０％ＲＨ）において、普通紙（ＸＥＲＯＸ−Ｐ紙Ａ４サイズ）を用いて５％印字画像を３０，０００枚連続印字した後、ハーフトーン画像、ベタ画像を印字し、感光体フィルミング、及び感光体キズが原因となって画像劣化がないかどうか確認すると共に、目視にて感光体表面を観察し、下記の基準で評価した。

◎：感光体の劣化はみられない
○：画像には出ないが感光体の劣化がある
×：画像に出るほどの感光体の劣化がある
試験４−帯電ロール汚染
試験３の評価の際に、帯電ロール汚れによる画像劣化を確認するとともに、帯電ロール上の汚れを確認した。下記の基準で評価した。

◎：帯電ロールの汚染はみられない
○：画像には出ないが帯電ロールの汚染がある
×：画像に出るほどの帯電ロールの汚染がある
１２種のトナー試料について、上記試験を行い、評価した結果を下記表２及び３に示す。

表面処理の略語は以下の通りである。

ＰＤＭＳ：ポリジメチルシロキサン
ＲＳ：アルキルシラン
なお、第１の外添剤及び第２の外添剤として用いた、種々の粒径の、種々の表面処理がされた無機物質は、日本アエロジル社より入手した。

第３の外添剤に使用したチタニアは、アナターゼ型の酸化チタン（富士チタン工業社製）に各表面処理を行ったものである。

上記表から、次のことがわかる。即ち、１次凝集粒径がいずれも１．２μｍ以下である、粒径の異なる３種類の無機微粒子を外添した実施例１〜４に係るトナーでは、外添剤の凝集に起因する白スジが発生せず、感光体の劣化がなく、また帯電ロールの汚染もなかった。

これに対し、第１の無機微粒子が添加されない比較例１のトナーは、流動性が悪く、評価ができなかった。また、第２の無機微粒子が添加されない比較例２のトナーは、外添剤の凝集に起因する白スジが発生し、感光体の劣化がみられた。更に、第３の無機微粒子が添加されない比較例３のトナーは、感光体の劣化及び帯電ロールの汚染がみられた。

また、第１の無機微粒子としてシリカに代えてアルミナを添加した比較例５は、流動性がやや悪く、上記表では×評価とした。

また、第３の無機微粒子の１次凝集粒径が１．２μｍを超える比較例４及び６のトナーでは、いずれも外添剤の凝集に起因する白スジが発生し、感光体の劣化がみられた。更に、第２の無機微粒子の１次凝集粒径が１．２μｍを超える比較例７のトナーでは、外添剤の凝集に起因する白スジが発生した。

なお、比較例７で用いたアルミナは凝集しないため、１次凝集粒径は測定できず、この場合でも外添剤の凝集に起因する白スジが発生した。

本発明の一実施形態に係るトナーを用いて画像形成を行う画像形成装置の概略を示す図。

符号の説明

１…現像装置、２…感光体ドラム、３…トナーホッパー、４…供給ロール、５…現像ロール、６…ドクターブレード、７…帯電ロール、８…ＬＥＤ、９…転写ベルト、１０…転写シート、１１…用紙、１２…クリーニングブレード。

Claims (4)

1. 粒径の異なる３種類の無機物質粒子を外添したトナーであって、前記３種類の無機物質粒子は、平均粒径１〜２０ｎｍの第１の無機物質粒子、平均粒径２０〜５０ｎｍであってかつ第１の無機物質粒子より大きい平均粒径の第２の無機物質粒子、及び平均粒径が５０ｎｍ以上であってかつ第２の無機物質粒子より大きい平均粒径の第３の無機物質粒子であり、これら無機物質粒子は、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置により測定された１次凝集体の粒径が１．２μｍ以下であることを特徴とする非磁性一成分電子写真用トナー。
2. 前記第１の無機物質粒子と第２の無機物質粒子がシリカであり、前記第３の無機物質粒子がチタニアであることを特徴とする請求項１に記載の非磁性一成分電子写真用トナー。
3. ５〜７μｍの平均粒径を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の非磁性一成分電子写真用トナー。
4. トナーを担持搬送するための弾性現像ロールと、この弾性現像ロール上に前記トナーを薄層状に形成するように前記トナーの厚さを規制するためのトナー層規制部材とを備え、前記弾性現像ロールの搬送速度が１００ｍｍ／秒以上である現像装置に用いられる前記請求項１〜３のいずれかに記載の非磁性一成分電子写真用トナー。

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